Dùng biến tần điều khiển động cơ AC bằng giao thức modbus RTU

Dùng biến tần điều khiển động cơ AC bằng giao thức modbus RTU

Lời cảm ơn !

Đầu tiên em xin chân thành gửi lời cảm ơn tới nhà truờng, khoa điện, bộ môn

ĐKTĐ, các thầy cô đã dạy dỗ và dìu dắt chúng em trong suốt 4 năm học vừa qua để có được những kiến thức chuyên môn cơ sở sau này chúng em có thể vào đời làm việc, sử dụng có ích cho xã hội

Để thực hiện thành công đồ án là sự hướng dẫn, chỉ bảo tận tình của TS Nguyễn Đức Thành, Người đã hướng dẫn tận tình , giúp định hướng, góp ý và cung cấp ý

tưởng cũng như chỉ dẫn tài liệu và các tiến trình thực hiện đồ án

Cuối cùng chúng em xin chân thành gửi những lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình, bạn học đã tận tình giúp đỡ để hoàn thành đồ án môn học này

Chân thành cảm ơn !

TPHCM ,30-6-2011

Mục Lục

Chương 1:Giới Thiệu Sơ lược Biến Tần ATV31 của Schneider Electric 3

I.Cấu hình mặc định biến tần:Altivar 31 được cài đặt mặc định cho các điều kiện hoạt động thông dụng nhất 3

II.Màn hình hiển thị biến tần 4

1.Các thông số hiển thị thường gặp khi không có lỗi hoặc không khởi động: 4

2.Các chức năng hiển thị và các phím .5

III.Tùy chọn kết nối từ xa .5

IV.Lưu và gọi lại một cấu hình 6

V.Lập trình 7

1.Cài đặt menu Set .8

2.Menu drC .8

3.Menu I/O .9

4.Menu CtL- .9

5.Menu Fun-: 10

6.Menu quản lí lỗi FLt- 11

Chương 2:Giới thiệu phần mềm Twidosuite của hãng Schneider Electric 12

I.Tổng quan về Twidosuite software 12

II.Làm việc với Twidosuite software 12

Chương 3:Điều Khiển động Cơ AC Qua 2 Giao Thức Truyền Thông Modbus RTU Và Canopen 19

I.Giao thức truyền thông ModbusRTU 19

1.Read N Words 19

2.Write of N words 20

3.địa chỉ các thanh ghi dữ liệu chính 20

II.Giao thức truyền thông CANopen 23

Chương 4:Kết quả thực hiện 26

Chương 5:Phụ lục 31

Chương 1:Giới Thiệu Sơ lược Biến Tần ATV31 của Schneider Electric

Các biến tần ATV21,ATV31 được Schneider sản xuất kèm theo.Trong đồ án này

sử dung biến tần ATV31 để điều khiển động cơ AC (vì đây là loại biến tần duy nhất trong phòng thí nghiệm)

LI5-LI6: chưa gán chức năng

II.Màn hình hiển thị biến tần

Để lưu các lựa chọn: nhấn phím ENT

Giá trị hiển thị sẽ nhấp nháy khi dữ liệu được lưu

1.Các thông số hiển thị thường gặp khi không có lỗi hoặc không khởi động:

- 43.0: hiển thị thông số được chọn trong menu SUP- (chọn lựa mặc định là tần số động cơ)

- TUn: quá trình tự điều chỉnh đang thực hiện

Hiển thị nhấp nháy để chỉ rằng đang có lỗi

2.Các chức năng hiển thị và các phím

III.Tùy chọn kết nối từ xa

Modul này là một thiết bị điều khiển cục bộ được lắp trên cửa tủ điều khiển.Nó có dây cáp với đầu nối, có thể nối tới (BBT) bằng đường truyền thông nối tiếp.Nó cũng có phần hiển thị và các phím lập trình như Altivar31, thêm vào một công tắc khóa sự truy

IV.Lưu và gọi lại một cấu hình

Có tới 4 cấu hình hoàn chỉnh của (BBT) Altivar31 có thể được lưu trong remote

terminal.Các cấu hình này có thể được lưu, truyền từ một (BBT) này tới (BBT) khác

cùng công suất.4 kiểu hoạt động khác nhau cho một thiết bị có thể lưu trên remote

terminal.Xem thông số SCS và FCS trong các menu drC-, I-O-, Ctl- và Fun-

V.Lập trình

Truy cập vào menu

Vài thông số có thể được truy cập trong một số menu để tăng sự tiện dụng

1.Cài đặt menu Set

2.Menu drC

3.Menu I/O

Các thông số có thể được thay đổi khi (BBT) dừng và không có lệnh RUN

Trên remote terminal, menu này có thể được truy cập khi công tắc ở vị trí

4.Menu CtL-

5.Menu Fun-:

Các thông số chỉ có thể được thay đổi khi (BBT) dừng và không có lệnh Run

6.Menu quản lí lỗi FLt-

Cách chỉnh biến tần cụ thể để có thể giao tiếp trong chế độ Modbus RTU sẽ được trình bày cụ thể ở phần sau

Chương 2:Giới thiệu phần mềm Twidosuite của hãng

Schneider Electric

I.Tổng quan về Twidosuite software

Schneider Electric cung cấp nhiều phần mềm hỗ trợ đi kèm theo các PLC của hãng,ứng với các PLC sẽ có phần mềm hỗ trợ riêng biệt.Twidosuite software là phần mềm PLC được Schneider Electric cung cấp miễn phí (đã có bản hỗ trợ cho Win XP và Win 7) hỗ trợ cho PLC Twido.Tương tự như unity pro sofware là phần mềm hỗ trợ để viết chương trình cho các PLC Sneider như:Premium,quantum.Các phần mềm này viết

ra và cung cấp kèm theo PLC của hãng Schneider và không support cho các PLC của hãng khác(tương tự như WinCC của Simens chỉ hỗ trợ cho S7-200,S7-300)

II.Làm việc với Twidosuite software

Sau khi cài đặt và chạy chương trình ta được giao diện Twidosuite software ban đầu như bên dưới

Bước 1:Chọn “Programming mode” để viết chương trình

Trong cửa sổ chính project manager này gồm có:

+Update project information:Cập nhật thông tin project

+Create a new project:Tạo project mới

+Open an existing project:Mở một project có sẵn

+Save/close current project:đóng /mở project hiện hành

Bước 2:Để tạo một project mới có tên là “DKDC AC” bằng cach chọn Create a new project và điền các thông tin về project và chọn create

Trong cửa sổ làm việc lúc này gồm các mục chính:

+Project:Quản lý dự án(lưu ,mở,đóng project)

+Describe:Nơi cài đặt cấu hình hình phần cứng của PLC và các thiết bị kết

nối,giao tiếp với PLC (như biết tần)

+Program:viết chương trình diều khiển

+Report:

Bước 3:Chọn Describe để cấu hình phần cứng.Dùng chuột vào module

Base/compact/ TWDNAC485T phía bên phải màn hinh rồi kéo ra ngoài

Bước 4:Khai báo vai trò của Twido PLC là master trong mạng Modbus bằng cách nhấp chuột phải vào Card TWDNAC485T và khai báo như hình phía dưới

Thiết lập adress cho PLC khi nạp chương trình:(có thể không cần sử dụng bước này nếu như địa chỉ PLC đã sẵn có và ta không cần set lại,trường hơp khi mất IP ta phải set lại IP thông qua cáp chuyển đổi).Sau khi set IP cho PLC ta có thể giao tiếp với PLC thông qua mạng LAN trong phòng thí nghiệm.Cụ thể là download chương trình từ

Pc xuống PLC và upload chương trình từ PLC lên PC)

Hoàn thành xong phần Describe

Bước 5:Kích chọn program để viết chương trình :Twidosuite software hổ trợ giao diện viết chương trình theo cả dạng ladder và dạng list.Trong đồ án này trình bày dưới dang ladder

Chương trình viết để điều khiển động cơ AC trong đồ án(phần giải thích sẽ trình bày riêng ở các chương sau ):

Có 2 cách để nạp chương trình vào PLC Twido dùng cáp nạp trực tiếp hoặc thông qua qua mạng LAN trong phòng thí nghiệm

+Nạp trực tiếp :cắm cáp nối giữa PLC và cổng usb của PC.Thiết lập giao tiếp giữa PLC và cổng COM trên máy tính bằng cách ấn nút manage connection như hình trên Chọn connection mode:Serial.Bình thường máy tính sẽ tự nhận cổng COM và ta chỉ việc chọn,nhưng đôi khi máy tính không tự nhận được cổng COM Ta vào My

computer trêm PC,chọn device manager,chọn ports để xem tên cổng COM và điền tên vào ô name và ô IP address.Nếu máy vẫn chưa nhận lưu project rồi thoát khỏi chương trình và retry lại

+Nạp chương trình thông qua mạng LAN:tương tự trong manage connection ta chọn add để thêm connection mới,connection mode:Ethernet ,IP Address:gõ đúng đia chỉ IP của PLC(trong trường hợp không biết địa chỉ của PLC ta thể set lại IP như

trên,hoặc dùng 1 phần mềm dò IP để biết được địa chỉ hiện tại của PLC!)

Chương 3:Điều Khiển động Cơ AC Qua 2 Giao Thức Truyền

Thông Modbus RTU Và Canopen

The Modbus protocol :là nghi thức master-slave cho phép một master(duy

nhất),master có thể giao tiếp với các slaves thông qua địa chỉ riêng của mỗi slave.Các slave sẽ respond khi nhận được yêu cầu từ master

PLC Twido có thể giao tiếp với biến tần để điều khiển động cơ AC qua giao thức Modbus RTU.Cách giao tiếp cụ thể được cung cấp trong Standar Modbus Request trong file help của Twidosuite Software

1.Read N Words

Địa chỉ của slave

Số word đểđọc về

Cách đọc giá trị từ slave về PLC bằng Modbus RTU

2.Write of N words

Cách ghi giá trị từ PLC ra Slave

3.địa chỉ các thanh ghi dữ liệu chính

Slave trong chuẩn Modbus RTU có thể là:I/O distribute,biến tần, Ứng với mỗi slave

sẽ có bảng địa chỉ kèm theo được nhà sản xuất cung cấp để có thể giao tiếp nhận và trả

dữ liệu về PLC.Trong đồ án này cụ thể là bảng giao tiếp trao đổi dữ liệu của biến tần

ATV31: Altivar 31 Communication variables.Có rất nhiều thanh ghi địa chỉ trong

bảng,giới hạn đồ án này chỉ trình bày những thanh ghi cần thiết và có sử dụng để điều khiển động cơ

Dưới đây là địa chỉ các thanh ghi dữ liệu chính:

3201:Status word

Là word trạng thái của biến tần,ứng với mỗi giá trị của status word cho ra các chế độ

cụ thể của biến tần

Ví dụ:

Trạng thái lỗi:16#0008 hoặc 16#0028

Nơi lưu giá trị word

đầu tiên ghi ra

Địa chỉ word đầu

tiên sẽ ghi ra

Địa chỉ của slave

N:Tùy theo số byte sẽ ghi ra

Số word ghi ra slave

N:Tùy theo số byte sẽ ghi ra

Bảng giá trị cụ thể từng bit trong Status word

bit 3 = 1: Malfunction, fault present (FAI)

bit 4: Voltage disabled (still equals 0)

bit 5: Quick stop

bit 6: Switch on disabled

bit 7 = 0: No alarm

bit 7 = 1: Alarm present

bit 8: Reserved

bit 9 = 0: Forced local mode in progress (FLO)

bit 9 = 1: No forced local mode

bit 10 = 0: Reference not reached (transient state)

bit 10 = 1: Reference reached (steady state)

bit 11 = 0: LFRD reference normal

bit 11 = 1: LFRD reference exceeded (< LSP or > HSP) Caution: LFRD is

expressed in rpm,

LSP and HSP in Hz

bits 12 and 13: Reserved

bit 14 = 0: No stop imposed by STOP key on built-in keypad (ATV31 A) or

on the remote

display terminal

bit 14 = 1: Stop imposed by STOP key on built-in keypad (ATV31 A) or on

the remote display

3103:Maximum output frequency-Tần số đầu ra cực đại.Thanh ghi này tương ứng điều chỉnh thông số cho mục tFr trong biến tần ATV31

8501:địa chỉ thanh ghi điều khiển của biến tần,một số trãng thái cụ thể của biến tần khi điều khiển động cơ AC như sau:

Ví dụ: Trạng thái quay thuận :16#000F

II.Giao thức truyền thông CANopen

Bảng giao tiếp Canopen

%MWx %MWx+1 %MWx+2 %MWx+3 %MWx+4 %MWx+5

Action Bit

[15-8]

Bit [7- 0]

Bit [15-8]

Bit [7- 0]

Bit [15- 8]

Bit [7- 0]

Bit [15-8]

Bit [7- 0]

Bit [15-8]

Bit [7- 0]

-

ResetCANopen communication

pre-operational mode

4 => Start Write SDO command

Sub Len Sub = 0-255 => Object sub-index

Len = Length of data in byte Data 1 Payload according to the length

field (Len) value Data 2 Payload according to the length

field (Len) value

for a node

pre-operational mode for a node

node

Ví dụ:chương trình dùng đọc momen của Motor:

Ví dụ 2:Chương trình thay đổi thời gian tăng tốc của động cơ ACC time tại word

%MW50

Chương 4:Kết quả thực hiện

Program lists and diagrams

Define Symbol:

Chương 5:Phụ lục

Hình ảnh về các thiết bị:

Hình 1

Hình 2

biến tần ATV31

Hình 3

Dộng cơ AC trong phòng thí ngiệm

Hình 4

Cáp dùng nạp chương trình Cáp Dùng nạp chương trình